CN104160617A

CN104160617A - 电动机控制装置

Info

Publication number: CN104160617A
Application number: CN201380012087.8A
Authority: CN
Inventors: 上田浩一郎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: CN104160617B; US9423777B2; JPWO2013129294A1; JP5840288B2; US20150061564A1; DE112013001229B4; TW201346475A; KR101634474B1; KR20140127839A; TWI486732B; DE112013001229T5; WO2013129294A1

Abstract

指令值生成电路(7)将对机械负载(3)随时间的加速度变化进行表示的加速度曲线(A(t))确定为，使机械负载(3)在第1位置从停止的状态加速到峰值速度(V_p)，从峰值速度(V_p)减速并在第2位置停止，并且，使机械负载(3)进行加速及减速时的加速度的绝对值小于或等于规定的上限加速度(A_max)，并且，从开始机械负载(3)的加速起在规定时间的范围内维持规定的上限加速度(A_max)，然后从上限加速度(A_max)逐渐减小。指令值生成电路(7)根据加速度曲线(A(t))，确定对机械负载(3)随时间的速度变化进行表示的速度曲线，根据速度曲线生成位置指令值(24)。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及对伺服电动机等各种电动机的动作进行控制的电动机控制装置。

背景技术

由于近年来节能意识的提高，存在当在各种工业用机械中利用伺服电动机等电动机进行定位控制时，希望尽量减小消耗电量的要求。

作为如上所述降低定位控制时的消耗电力的方法，公开有专利文献1～5的发明。

专利文献1公开一种头部定位装置，其目的在于，根据使用者的用途而减少消耗电力，另外，无论温度变化、时效老化等如何，都有效地进行定位控制。速度曲线存储部以能够由使用者选择的方式，预先对与高速寻址(high speed seek)对应的目标速度曲线A、和寻址速度慢但消耗电力少的目标速度曲线B进行存储。通过在减法器中对头部当前的轨道位置和目标位置进行比较，从而获得位置误差信号。目标速度设定部基于该位置误差信号和速度曲线存储部的目标速度曲线A或B，输出头部的目标速度。控制部基于速度误差信号和伺服控制常数，算出头部驱动用电动机的驱动电流。将该算出的驱动电流向电动机驱动部输入。将驱动电流的初始值存储于驱动电流初始值存储部。比较器对当前的驱动电流和初始值进行比较。伺服控制常数调整部基于比较器的比较结果，对控制部的伺服控制常数进行调整。目标速度曲线A及B的形状均为三角形，特别是目标速度曲线B，取代降低寻址速度而将寻址时间延长，从而削减消耗电力。

专利文献2公开一种热最优化方法，其目的在于，获得一种用于针对机器人的驱动系统的电力损耗，使机器人的动作性能最优化的方法。根据专利文献2的方法，是用于针对工业机器人的驱动系统的电力损耗，使该机器人当前的动作路径的动作性能最优化的方法，该方法具有如下过程：针对系统的至少1个部件，计算动作路径的全部或一部分中的电力损耗，将计算出的电力损耗与该部件的最大容许电力损耗进行比较，依赖于该比较处理，对当前的动作路径上的加速度以及速度的推移进行调节。

专利文献3公开一种指令模式(pattern)生成方法，其目的在于，当指定了移动量和生产节拍时，生成使驱动电动机的温度上升最小化的指令模式。根据专利文献3的方法，在移动量θmax、生产节拍tact、速度最大值ωmax、加速度最大值αmax这4个参数中，通过确定至少包含速度最大值ωmax或加速度最大值αmax在内的2个参数，从而确定移动量θmax和生产节拍tact，生成在时刻0及时刻tact速度为0、面积为移动量θmax、且速度为抛物线形状的指令模式。通过将速度的指令模式形成为抛物线形状，从而使铜损最小化。

专利文献4公开一种工作机械的控制装置，其目的在于，将工作机械整体的消耗电力抑制为最优。专利文献4的装置具备：第1消耗电力算出单元，其算出进给轴驱动用电动机的消耗电力；第2消耗电力算出单元，其算出以恒定电力进行动作的机器的消耗电力；以及电动机控制单元，其基于由第1消耗电力算出单元算出的电力和由第2消耗电力算出单元算出的电力的总和，确定与进给轴驱动用电动机的加速时间以及减速时间中的至少一方具有相对关系的时间常数，基于该时间常数控制进给轴驱动用电动机。时间常数以使电力的总和最小的方式确定。

专利文献5公开一种能够实现所需能量的降低的轨道生成装置。专利文献5的轨道生成装置利用回旋曲线对点序列之间进行插补而进行轨道的生成，轨道生成装置具备具有回旋曲线生成单元的运算处理装置，将所述回旋曲线设为三元回旋曲线，由此确保通过点处的切线方向的连续性以及曲率的连续性。此外，在将端点与直线连接的情况下，使其切线方向与直线方向一致。

专利文献6公开一种机器人的控制装置，其目的在于，不将动作时间延长，降低进行PTP(point to point)动作时消耗的能量。专利文献6的装置在母线共用的多轴电动机的控制中，以使多个轴的减速动作不重叠的方式，确定各轴指令的动作开始的瞬间。防止再生能量由于减速动作重叠而增大、而被再生电阻消耗。

专利文献7也公开一种机器人的控制装置，其目的在于，不将动作时间延长，降低进行PTP动作时消耗的能量。根据专利文献7的装置，在多轴电动机的控制中，计算多个轴的动作时间，与最长的动作时间相应地将短时间的动作时间的指令时间延长，削减消耗电量。

专利文献1：日本特开平5-325446号公报

专利文献2：日本特表2004-522602号公报

专利文献3：日本特开2007-241604号公报

专利文献4：日本特开2010-250697号公报

专利文献5：日本特开2011-145797号公报

专利文献6：日本特开2012-192484号公报

专利文献7：日本特开2012-192485号公报

发明内容

专利文献1仅公开速度曲线的形状为三角形的情况，因此，存在如下问题：无法根据动作条件使速度曲线变化而实现充分的节能化。

专利文献2公开了使定位控制时的热、损耗最小化，但对于使包含做功在内的所有能量最小化并未予以公开。

另外，通常，当对电动机、机械负载进行驱动时，存在进行动作时容许的上限加速度。当实施专利文献3的发明时，存在如下问题：根据负载的移动距离、移动时间，会超过该上限加速度进行动作。

在专利文献4的发明中，仅对与电动机的加速时间以及减速时间中的至少一方具有相对关系的时间常数进行最优化，无法应对电动机以及机械负载存在上限加速度的情况。

另外，专利文献5的发明也无法应对电动机以及机械负载存在上限加速度的情况。

专利文献6对于降低单轴电动机的定位控制时的消耗电量并未予以公开。

另外，专利文献7对于降低单轴电动机的定位控制时的消耗电量也未予以公开。

本发明的目的在于解决以上问题，提供一种以降低定位控制时的消耗电量的方式控制电动机的动作的电动机控制装置。

根据本发明的技术方案所涉及的电动机控制装置，

电动机控制装置以使与电动机连接的机械负载从第1位置移动到第2位置的方式，对所述电动机进行控制，

所述电动机控制装置的特征在于，具备：

指令值生成电路，其生成表示各瞬间的所述机械负载的期望位置的位置指令值；以及

电动机驱动电路，其对所述电动机进行控制，以使得所述机械负载根据所述位置指令值移动，

所述指令值生成电路，

将对所述机械负载随时间的加速度变化进行表示的加速度曲线A(t)确定为，使所述机械负载在所述第1位置从停止的状态加速到峰值速度，从所述峰值速度减速并在所述第2位置停止，且使所述机械负载进行加速及减速时的加速度的绝对值小于或等于规定的上限加速度A_max，且从开始所述机械负载的加速起在规定时间的范围内维持规定的上限加速度A_max，然后从所述上限加速度A_max逐渐减小，

根据所述加速度曲线A(t)，确定对所述机械负载随时间的速度变化进行表示的速度曲线，

根据所述速度曲线生成所述位置指令值。

发明的效果

根据本发明的电动机控制装置，能够降低定位控制时的消耗电量。

附图说明

图1是表示包含本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置在内的定位系统的结构的框图。

图2是表示由图1中的指令值生成电路7所执行的位置指令值生成处理的流程图。

图3是表示用于说明最短移动时间T₀的加速度曲线以及速度曲线的概略图。

图4是表示由图1的指令值生成电路7所生成的加速度曲线以及速度曲线的概略图。

图5是表示相对于加速度a的损耗的变化的概略图。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的位置指令值生成处理的流程图。

图7是表示由图6中的步骤S13所确定的加速度曲线以及对应的速度曲线的概略图。

图8是表示由图6中的步骤S15所确定的加速度曲线以及对应的速度曲线的概略图。

图9是用于说明图6的位置指令值生成处理的效果的图，且是表示函数f₁(r)以及f₂(r)的值相对于参数r的变化的概略图，其中，参数r表示移动时间T相对于最短移动时间T₀的比。

图10是用于说明图6的位置指令值生成处理的效果的图，且是表示函数g₁(r)以及g₂(r)的值相对于参数r的变化的概略图，其中，参数r表示移动时间T相对于最短移动时间T₀的比。

图11是表示本发明的实施方式3所涉及的位置指令值生成处理的流程图。

图12是表示由图11中的步骤S22所确定的加速度曲线以及对应的速度曲线的概略图。

图13是表示在本发明的实施方式3的变形例所涉及的位置指令值生成处理中使用的加速度曲线以及对应的速度曲线的概略图。

图14是表示用于对本发明的实施方式3所涉及的效果进行说明的第1加速度曲线以及速度曲线的概略图。

图15是表示用于对本发明的实施方式3所涉及的效果进行说明的第2加速度曲线以及速度曲线的概略图。

图16是表示在本发明的实施方式4所涉及的位置指令值生成处理中使用的加速度曲线以及对应的速度曲线的概略图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示包含本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置在内的定位系统的结构的框图。在图1的定位系统中，电动机控制装置包含指令值生成电路7、电动机驱动电路4以及再生电阻6，对电动机1进行控制，以使与电动机1连接的机械负载3从初始位置(第1位置)移动至目标位置(第2位置)。图1的定位系统还具备电源5以及编码器2。

电动机1利用从电动机驱动电路4供给的电流22进行动作，将扭矩或者推力等驱动力21施加给机械负载3。作为机械负载3，例如设想为滚珠丝杠机构，但不限定于此。编码器2检测出电动机1的旋转轴的旋转位置(角度)以及旋转速度等电动机信息23，并将电动机信息23传送至电动机驱动电路4。电动机信息23所包含的电动机1的旋转轴的旋转位置以及旋转速度，与机械负载3的位置以及速度对应。

指令值生成电路7生成位置指令值24，该位置指令值24表示各瞬间的机械负载3的期望位置。从可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller：PLC)、操作面板等上位装置(未图示)，将包含移动距离D、移动时间T、上限加速度A_max的指令值生成信息输入至指令值生成电路7。此处，移动距离D表示机械负载3的从初始位置到目标位置的移动量。移动时间T表示机械负载3从初始位置移动到目标位置所需的时间。作为指令值生成信息而输入至指令值生成电路7的移动时间T是其任意的期望值。上限加速度A_max表示能够由电动机1施加给机械负载3的加速度(例如，根据机械负载3的构造方面的限制而确定的加速度、或者由电动机控制装置的使用者指定的加速度等)的上限值。指令值生成电路7基于该输入的指令值生成信息，通过执行后文中参照图2叙述的位置指令值生成处理，而生成位置指令值24。此外，如前述所示，由于作为与机械负载3的位置以及速度对应的信息而检测出电动机1的旋转轴的旋转位置以及旋转速度，因此，实际上，位置指令值24表示各瞬间的电动机1的旋转轴的期望的旋转位置。

电动机驱动电路4以根据位置指令值24使机械负载3移动的方式对电动机1进行控制。在作为电动机1而采用伺服电动机的情况下，电动机驱动电路4是伺服放大器。电动机驱动电路4具备PWM逆变器等电力变换器，利用从电源5供给的电力25生成向电动机1供给的电流22。电动机驱动电路4具备反馈控制系统，由此，以使电动机1的旋转轴的旋转位置追随位置指令值24的方式计算并生成对电动机1进行驱动的电流22，并将生成的电流22向电动机1供给，其中，该反馈控制系统用于使由编码器2检测出的电动机1的旋转轴的旋转位置(实际位置)追随从指令值生成电路7传送的位置指令值24(期望位置)。

电源5例如是3相交流电源或单相交流电源。

再生电阻6在电动机1处于再生状态时消耗再生电力26。

进一步说明由指令值生成电路7生成的位置指令值24。指令值生成电路7首先确定对机械负载3随时间的加速度变化进行表示的加速度曲线A(t)，根据加速度曲线A(t)，确定对机械负载3随时间的速度变化进行表示的速度曲线，根据速度曲线生成位置指令值24。此处，加速度曲线A(t)确定为，使机械负载3在初始位置从停止的状态加速到峰值速度V_p，从峰值速度V_p减速并在目标位置停止，并且，使机械负载3进行加速以及减速时的加速度的绝对值小于或等于上限加速度A_max，并且，使机械负载3自开始加速起在规定时间维持规定的上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max逐渐减小。

详细而言，指令值生成电路7在被提供比基于移动距离D以及上限加速度A_max的最短移动时间长的规定的移动时间T时，确定加速度曲线A(t)，以使机械负载3以移动时间T从初始位置移动至目标位置。详细而言，最短移动时间T₀是使机械负载3在初始位置从停止的状态以上限加速度A_max加速到规定的峰值速度、在达到峰值速度的瞬间使机械负载3以上限加速度A_max减速，直至在目标位置停止为止的时间。指令值生成电路7也可以基于移动距离D以及上限加速度A_max，计算使机械负载3从初始位置移动至目标位置所需的最短移动时间确定比最短移动时间T₀长的规定的移动时间T。如果作为指令值生成信息而输入至指令值生成电路7的移动时间T比最短移动时间T₀长，则直接使用该移动时间T。如果并非如此，则取代输入的移动时间T，确定并使用比最短移动时间T₀长的规定的移动时间T。

在移动时间T的范围对速度曲线进行积分所得的面积成为移动距离D。

在本发明的各实施方式中，提出具有各种各样的形状的加速度曲线A(t)(因此，速度曲线具有各种各样的形状)。在本发明的各实施方式中，通过使用这些加速度曲线A(t)，能够降低定位动作时的消耗电量。此处，电量并非是指每单位时间的电力，而是指定位动作中的合计的电量(在定位动作时间中，对每单位时间的电力进行积分或累加所得的累加电量)。

图2是表示由图1的指令值生成电路7所执行的位置指令值生成处理的流程图。在本实施方式中，加速度曲线A(t)由使机械负载3在初始位置从停止的状态以第1加速度加速至峰值速度V_p的加速时间、使机械负载3以峰值速度V_p移动的匀速时间、以及使机械负载3从峰值速度V_p以第2加速度减速并在目标位置停止的减速时间构成。第1及第2加速度的绝对值是上限加速度A_max。因此，在本实施方式中，其特征在于，生成具有梯形形状的速度曲线。

在步骤S1中，将移动距离D、移动时间T以及上限加速度A_max输入至指令值生成电路7。在步骤S2中，计算最短移动时间T₀。在步骤S3中，确定移动时间T是否比最短移动时间T₀长，当确定为是时，进入步骤S5，当确定为否时，在步骤S4中使移动时间T增大，并返回步骤S3。在步骤S4中，例如可以1成1成地使移动时间T增大，但是不限定于此。

在步骤S5中，对加速时间以及减速时间T₁、匀速时间T₂和峰值速度V_p进行计算。利用以下公式对加速时间以及减速时间的长度T₁和匀速时间的长度T₂进行计算。

【算式1】

T_{1} = \frac{1}{2} (T - \sqrt{T^{2} - 4 \frac{D}{A_{\max}}}) - - - (1)

【算式2】

T_{2} = \sqrt{T^{2} - 4 \frac{D}{A_{\max}}} - - - (2)

另外，利用V_p＝A_max·T₁计算峰值速度V_p。

在步骤S5中，还利用计算出的加速时间以及减速时间T₁、匀速时间T₂以及峰值速度V_p确定加速度曲线A(t)。在步骤S6中，通过对加速度曲线A(t)进行积分，确定速度曲线。在步骤S7中，通过对速度曲线进行积分，生成位置指令值24，使处理结束。

接下来，对本实施方式所涉及的电动机控制装置的效果进行说明。

首先，对设定上限加速度进行定位控制的理由进行说明。对于电动机1，存在依赖于电动机1的种类而能够正常输出的扭矩的最大值。由于机械负载3的惯量在定位控制时恒定，因此，根据运动方程(惯量×加速度＝扭矩)的关系，加速度和扭矩具有正比关系。据此，如果存在扭矩的最大值，则在定位控制时能够由电动机1提供给机械负载3的加速度产生上限(上限加速度)。另外，有时机械负载3本身存在能够容许的加速度的上限，这也是在定位控制时产生加速度的上限的主要原因。假设如果以超过该上限加速度的方式向机械负载3提供加速度，则有可能在电动机1中流过过大的电流，或者对机械负载3施加较大的冲击，在最坏的情况下，电动机1、电动机驱动装置4和/或机械负载3有可能损坏。因此，当生成位置指令值24时，需要考虑上限加速度。

考虑上限加速度，为了使机械负载3从初始位置移动到目标位置所需的移动时间T最短，已知进行所谓的称作最短时间控制(Bang-Bang控制)的控制。图3是表示用于对最短移动时间T₀进行说明的加速度曲线以及速度曲线的概略图。在图3中，用粗虚线表示进行最短时间控制时的加速度曲线以及速度曲线。进行最短时间控制时的移动时间、即最短移动时间T₀，利用移动距离D以及上限加速度A_max，由表示。此时的加速度曲线确定为，从时间0起直至最短移动时间的一半的时间T₀/2为止以上限加速度A_max加速，从时间T₀/2起直至最短移动时间T₀为止以上限加速度A_max减速。因此，机械负载3在初始位置从停止的状态以上限加速度A_max加速到规定的峰值速度，在达到峰值速度的瞬间以上限加速度A_max减速并在目标位置停止。进行最短时间控制时的速度曲线变为三角形形状。在存在上限加速度A_max的情况下，无法在比最短移动时间T₀短的移动时间内使机械负载3移动。只有在按照根据图3中的粗虚线表示的加速度曲线以及速度曲线所生成的位置指令值24而使机械负载3移动时，不会超过上限加速度A_max，能够实现移动距离D以及移动时间T₀的最短时间控制。

假设在输入有小于或等于最短移动时间T₀的移动时间T的情况下，使移动时间T增大至比最短移动时间T₀大，基于该增大的移动时间T确定加速度曲线A(t)以及速度曲线。在图2的位置指令值生成处理中，当移动时间T小于或等于最短移动时间T₀时(在步骤S3中为否)使移动时间T增大(步骤S4)的目的在于，降低定位控制时的消耗电量。然而，在本实施方式中，并非如图3中的粗实线所示那样，与使移动时间T增大而超过最短移动时间T₀的量对应地，单纯地使加速度的绝对值减小(即，与最短时间控制同样地使用三角形形状的速度曲线)，而是使用如图4所示的梯形形状的速度曲线。图4是表示由图1中的指令值生成电路7生成的加速度曲线A(t)以及速度曲线的概略图。加速度曲线A(t)由使机械负载3在初始位置从停止的状态以加速度a加速到峰值速度V_p的加速时间、使机械负载3以峰值速度V_p移动的匀速时间、以及使机械负载3从峰值速度V_p以加速度a减速并在目标位置停止的减速时间构成。加速时间的长度和减速时间的长度彼此相等。在被提供移动距离D以及移动时间T时，将对加速时间以及减速时间中的加速度的绝对值进行表示的加速度a作为参数，唯一地确定梯形形状的速度曲线。以下，参照图4对加速度a的优选值进行说明。

将加速度a作为参数，利用以下公式计算加速时间以及减速时间T1和匀速时间T₂。

【算式3】

\begin{matrix} T_{1} = \frac{1}{2 a} (aT - \sqrt{a^{2} T^{2} - 4 aD}) \\ = \frac{1}{2} (T - \sqrt{T^{2} - 4 \frac{D}{a}}) \end{matrix}- - - - (3)

【算式4】

T_{2} = T - 2 T_{1} = \sqrt{T^{2} - 4 \frac{D}{a}} - - - (4)

加速度a的绝对值的上限为上限加速度A_max，但是，下限是在匀速时间T₂变为0时、即速度曲线变为三角形形状时的加速度。根据在移动时间T的范围对速度曲线进行积分而得到的面积为移动距离D的关系，该加速度a的绝对值的下限A_min由A_min＝4D/T²表示。利用该加速度a的绝对值的下限A_min，能够由以下公式表示加速时间以及减速时间T₁。

【算式5】

T_{1} = \frac{1}{2 a} (aT - \sqrt{a^{2} T^{2} - 4 aD}) = \frac{T}{2 a} (a - \sqrt{a^{2} - A_{\min} \cdot a}) - - - (5)

另外，利用加速度a的绝对值的下限A_min，能够由以下公式表示速度曲线中的峰值速度V_p。

【算式6】

V_{p} = a T_{1} = \frac{T}{2} (a - \sqrt{a^{2} - A_{\min} \cdot a}) - - - (6)

另一方面，由于在进行最短时间控制时的最短移动时间T₀、移动距离D以及上限加速度A_max之间存在A_max＝4D/T₀ ²的关系，因此，由A_max＝A_min·T²/T₀ ²表示上限加速度A_max。因此，由以下公式表示加速度a的能够取值的范围。

【算式7】

A_{\min} \leq a \leq A_{\min} \cdot {(\frac{T}{T_{0}})}^{2} - - - (7)

接下来，对使电动机1进行动作时的消耗电量进行考量。在电动机1进行动作时消耗电力的主要原因能够分为电动机输出(电动机1所做的功)和被电动机1的绕组电阻消耗的损耗这2类，由它们的合计值来确定消耗电量。即，视作“定位控制所需的电量”＝与电动机输出有关的电量+与损耗有关的电量。

每单位时间的电动机输出电力W，利用电动机速度v和电动机扭矩τ，由W＝v×τ表示。另外，根据图4的梯形形状的速度曲线进行定位控制时的电动机1的动作状态，能够分类为：速度不断增加的“加速动作状态”、速度持续保持恒定值的“匀速动作状态”、以及速度不断减小的“减速动作状态”。然而，该分类不仅能够适用于图4所示的梯形形状的速度曲线，即便是具有更普通的加减速模式的速度曲线，也同样能够适用。以下，在根据图4的梯形形状的速度曲线进行动作时，针对每种动作状态，计算与电动机输出有关的电量的大小。

首先，当电动机1处于加速动作状态时，即，在图4中时间t为0≤t≤T₁时，为了产生正向的加速度，在电动机1中产生正向的扭矩，由于速度也为正，因此，每单位时间的电动机输出电力W的符号也为正。自电动机1刚开始加速(时间t＝0)起，直至电动机1加速完毕(时刻t＝T₁)为止的与电动机输出有关的电量按照以下方式计算。

【算式8】

\begin{matrix} {&Integral;}_{0}^{T_{1}} Wdt = {&Integral;}_{0}^{T_{1}} vτdt \\ = J {&Integral;}_{0}^{T_{1}} v \frac{dv}{dt} dt \\ = \frac{J}{2} {&Integral;}_{0}^{T_{1}} \frac{d}{dt} (v^{2}) dt \\ = \frac{J}{2} [{v (T_{1})}^{2} - {v (0)}^{2}] \\ = \frac{1}{2} J \cdot V_{p}^{2} \end{matrix} - - - (8)

此处，在第2个等号处，将机械负载3以及电动机1的惯量的合计值表示为J，利用作为电动机1的运动方程的J×dv/dt＝τ的关系，即利用扭矩τ和加速度dv/dt成正比的关系。在第3个等号处，利用积函数的微分公式。在第5个等号处，利用在加速时间的最初(t＝0)速度v为0(v(0)＝0)、以及在加速时间的最后(t＝T₁)速度v为V_p(v(T₁)＝V_p)的关系。最终，由1/2·J·V_p ²表示加速动作状态时的与电动机输出有关的电量。该电量与机械负载3以及电动机1以峰值速度V_p进行动作时的动能相等。

另外，当电动机1处于匀速动作状态时，即，当在图4中时间t为T₁＜t≤T₁+T₂时，加速度a变为0，因此，将产生的扭矩τ也大致视为0。因而，根据W＝v×τ的关系，电动机输出电力W也大致变为0。

进而，当电动机1处于减速动作状态时，即，当在图4中时间t为T－T₁＜t≤T时，为了使速度v减小而产生负的加速度，为此需要产生负的扭矩，然而，由于速度v为正向，因此，速度v和扭矩τ的符号相异，每单位时间的电动机输出电力W变为负值。电动机输出电力W变为负值意味着变为再生状态(产生再生电力)，电动机1不消耗电力。该再生电力被图1中的再生电阻6消耗。从另一个角度来看，这意味着在加速动作状态的期间获得的动能在减速动作状态的期间被再生电阻6消耗，并作为热能释放。

根据以上考量，在定位控制时的与电动机输出有关的电量中，加速动作状态时的与电动机输出有关的电量占支配地位，该电量与机械负载3以及电动机1以峰值速度V_p进行动作时的动能相等。因而，为了使该电量降低，需要减小动能，即，需要减小峰值速度V_p。

如果对表示定位控制中的峰值速度V_p和加速度a的关系的公式(6)关于加速度a进行微分，则能够获得以下公式。

【算式9】

\frac{d V_{p}}{da} = \frac{\sqrt{a^{2} - A_{\min} \cdot a} - \frac{1}{2} (2 a - A_{\min})}{\sqrt{a^{2} - A_{\min} \cdot a}} - - - (9)

此处，如果利用a＞0以及a－A_min≥0、和算术平均数＞几何平均数的关系，则对于公式(9)的分子，以下公式成立。

【算式10】

\sqrt{a^{2} - A_{\min} \cdot a} - \frac{1}{2} (2 a - A_{\min}) = \sqrt{a \cdot (a - A_{\min})} - \frac{1}{2} (a + a - A_{\min}) < 0 - - - (10)

因此，公式(9)中的dV_p/da为负。因而，加速度a越大，峰值速度V_p越小。特别是在加速度a与上限加速度A_max相等时，峰值速度V_p最小。由于动能与速度的平方成正比，因此，在加速度a与上限加速度A_max相等时，与电动机输出有关的电量也最小。

接下来，当根据图4的梯形形状的速度曲线进行定位控制时，对定位控制时所需的电量中的被电动机1的绕组电阻消耗的损耗的大小进行计算。如果将电动机1的绕组电阻设为R、将在电动机1流过的电流设为I，则由以下公式表示每单位时间的损耗电力L。

L＝R·I² (11)

电动机1的扭矩τ与电动机1的电流I成正比地产生。即，如果将其比例常数(扭矩常数)设为K_T，则存在τ＝K_T·I的关系。如果将该关系代入运动方程，则以下公式的关系成立。

J·a＝K_T·I (12)

因此，利用加速度a以如下方式表示电流I。

I＝J·a/KT· (13)

因而，可以说在电动机1流过的电流I与加速度a成正比。

针对“加速动作状态”、“匀速动作状态”以及“减速动作状态”的每一种，分别计算了与电动机输出有关的电量，但对于在电动机1中产生的损耗也同样地，针对这些动作状态的每一种分别进行计算。当电动机1处于加速动作状态时，加速度a不为0，因此，根据公式(13)，电流I也不为0。因而，根据公式(11)，产生损耗电力L，消耗与该损耗电力L相应的电量。当电动机1处于匀速动作状态时，加速度a为0，因此，将电流I也大致视为0。因此，此时，将损耗电力L也大致视为0。另外，当电动机1处于减速动作状态时，产生负的扭矩，与此相伴，产生电流I。然而，如前述所示，当电动机1处于减速动作状态时，产生再生电力，因此，再生电力对减速动作状态时的损耗电力L进行补偿。进而，多余的再生电力被再生电阻6消耗。因此，在减速动作状态下，基本无需用于补偿损耗的电量。根据以上说明，在定位控制时的与损耗有关的电量中，加速动作状态时的与损耗有关的电量也占支配地位。由此，可以说在定位动作所需的电量中，加速动作状态时的电量占支配地位。利用加速度a，根据公式(11)及(13)，由以下公式表示加速动作状态时的与损耗有关的电量E(a)、即对损耗电力L在整个加速时间(0≤t≤T₁)范围内进行积分而得到的电量。

【算式11】

\begin{matrix} E (a) = {&Integral;}_{0}^{T_{1}} R \cdot I^{2} dt \\ = R {(\frac{J}{K_{t}})}^{2} {&Integral;}_{0}^{T_{1}} a^{2} dt \\ = R {(\frac{J}{K_{t}})}^{2} a^{2} T_{1} \\ = R {(\frac{J}{K_{t}})}^{2} \frac{T}{2} (a^{2} - a \sqrt{a^{2} - A_{\min} \cdot a}) \end{matrix} - - - (14)

根据加速度a的变化，对与公式(14)的损耗有关的电量E(a)如何变化进行调查。此处，要注意的是，如果电动机1以及机械负载3确定，则绕组电阻R、惯量J以及扭矩常数K_T的值恒定。

图5是表示损耗相对于加速度a的变化的概略图。图5中的纵轴，表示将公式(14)的与损耗有关的电量E(a)除以R·(J/K_T)²·T/2·A_min ²而得到的值。在图5中，在A_min≤a＜(9/8)·A_min中，损耗随着加速度a的增加单调递减。损耗在a＝(9/8)·A_min处为最小值，如果将a＝A_min时的损耗设为1，则损耗在a＝(9/8)·A_min处变为27/32。在a＞(9/8)·A_min中，损耗随着加速度a的增加单调递增。进而，在中，变为与a＝A_min时的损耗相同的值。

根据以上说明，当根据图4的梯形形状的速度曲线进行定位控制时，对定位控制所需的电量与加速度a以及移动时间T相应地在何时最小进行考量。

如前述所示，要注意的是，定位控制所需的电量是与电动机输出有关的电量和与损耗有关的电量的和。首先，在A_max≤(9/8)·A_min的情况下，即，考虑到A_max＝A_min·T²/T₀ ²的关系，在的情况下，如果将加速度a设定为上限加速度A_max，则定位控制所需的电量最小。其理由在于，如前述所示，当加速度a为上限加速度A_max时，峰值速度V_p最小，动能也最小，因此，与电动机输出有关的电量最小。另外，根据图5，在a≤(9/8)A_min中，损耗随着加速度a的增加而单调递减，因此，与损耗有关的电量也最小。因而，与电动机输出有关的电量和与损耗有关的电量的总和即定位控制所需的电量最小。

接下来，在

(9 / 8) A_{\min} < A_{\max} \leq (\sqrt{} 5 + 1) / 2 \cdot A_{\min}

时，即，在

3 \sqrt{} 2 / 4 \cdot T_{0} < T \leq \sqrt{} ((\sqrt{} 5 + 1) / 2) \cdot T_{0}

时，也与上述情况相同地，如果将加速度a设定为上限加速度A_max，则与电动机输出有关的电量最小。当将加速度a设定为上限加速度A_max时，虽然与损耗有关的电量并非最小，但是，至少比在将加速度a设定为其下限A_min时、即根据三角形形状的速度曲线进行定位控制时的与损耗有关的电量小。因而，具有如下效果：当将加速度a设定为上限加速度A_max时，至少与在定位控制中使用通常的三角形形状的速度曲线的情况相比，能够减小定位控制所需的电量。

在图2的步骤S5中所计算的加速时间以及减速时间T₁、匀速时间T₂、峰值速度V_p，是在公式(3)、公式(4)、公式(6)中将a＝A_max代入时的值。另外，在公式(3)、公式(4)、公式(6)的计算中不包含迭代计算等，仅包含代数运算，因此，具有如下效果：能够以较小的计算负荷生成位置指令值24。

如以上说明所述，根据本实施方式的电动机控制装置，能够降低定位控制时的消耗电量。

实施方式2

在实施方式1中，为了降低消耗电量，根据梯形形状的速度曲线进行定位控制，但是，在本实施方式中，使用与此不同的速度曲线。包含实施方式2所涉及的电动机控制装置在内的定位系统的结构虽然与实施方式1(图1)相同，但是，由指令值生成电路7执行的位置指令值生成处理与实施方式1不同。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的位置指令值生成处理的流程图。在图6的流程图中，由于步骤S1～S4与实施方式1(图2)相同，因此省略说明。当步骤S4为是时，进入步骤S11。在步骤S11中，确定移动时间T是否比最短移动时间T₀的倍小，当确定为是时，进入步骤S12，当确定为否时，进入步骤S14。在本实施方式中，根据步骤S11中的是或否，生成不同形状的加速度曲线A(t)以及速度曲线。

当步骤S11中确定为是时，即，当移动时间T满足时，加速度曲线A(t)由使机械负载3以正的第1加速度加速的第1等加速度时间、作为时间的一次函数连续地使向机械负载3提供的加速度从第1加速度降低到负的第2加速度的加速度降低时间、以及使机械负载3以第2加速度减速的第2等加速度时间构成。第1及第2加速度的绝对值为上限加速度A_max。在步骤S12～S13中，生成图7所示的加速度曲线A(t)。

在步骤S12中，由以下公式计算第1及第2等加速度时间T₃。

【算式12】

T_{3} = \frac{T}{2} - \frac{\sqrt{3 (T^{2} - {T_{0}}^{2})}}{2} - - - (15)

在步骤S13中，基于等加速度时间T₃，与在0≤t≤T的范围内变化的时间t相关地，按照如下公式确定加速度曲线A(t)。

【算式13】

A (t) = \{\begin{matrix} + A_{\max} & (0 \leq t \leq T_{3}) \\ - \frac{2 A_{\max}}{T - 2 T_{3}} (t - T_{3}) + A_{\max} & (T_{3} < t \leq T - T_{3}) \\ - A_{\max} & (T - T_{3} < t \leq T) \end{matrix} - - - (16)

另一方面，当在步骤S11中确定为否时，即，当移动时间T满足时，指令值生成电路7确定比上限加速度A_max小的规定的峰值加速度A_p，接下来，利用该峰值加速度A_p确定加速度曲线A(t)。加速度曲线A(t)确定为，使机械负载3在第1位置从停止的状态以峰值加速度A_p开始加速，作为时间的一次函数连续地使向机械负载3提供的加速度从A_p降低到﹣A_p，最终以峰值加速度A_p减速并在第2位置停止。在步骤S14～S15中，生成图8所示的加速度曲线A(t)。

在步骤S14中，由以下公式计算峰值加速度A_p。

A_p＝6D/T² (17)

在步骤S15中，基于峰值加速度A_p，与在0≤t≤T的范围内变化的时间t相关地，由以下公式确定加速度曲线A(t)。

【算式14】

A (t) = - \frac{2 A_{p}}{T} (t - \frac{T}{2}) - - - (18)

在图6的流程图中，步骤S6～S7实质上与实施方式1(图2)相同。在步骤S6中，通过对在步骤S13或S15中确定的加速度曲线A(t)进行积分，从而确定速度曲线。在步骤S7中，通过对速度曲线进行积分，从而生成位置指令值24，并结束处理。

首先，对于由公式(16)或公式(18)确定的加速度曲线A(t)，能够确认以下公式成立。

【算式15】

D = {&Integral;}_{0}^{T} ({&Integral;}_{0}^{t} A (s) ds) dt - - - (19)

即，如果利用由公式(16)或公式(18)确定的加速度曲线A(t)，则能够在移动时间T以移动距离D移动。以在移动时间T以移动距离D移动的方式，对公式(16)中的等加速度时间T₃、或者公式(18)中的峰值加速度A_p进行确定。

接下来，对由公式(16)或公式(18)确定的加速度曲线A(t)未超过上限加速度A_max进行说明。图7是表示在图6的步骤S13中所确定的加速度曲线A(t)(公式(16))以及对应的速度曲线的概略图。如图7所示，加速度的绝对值仅在第1及第2等加速度时间达到上限加速度A_max，在加速度降低时间始终小于上限加速度A_max。因此，显然，图7的加速度曲线A(t)不会超过上限加速度A_max。图8是表示在图6的步骤S15中确定的加速度曲线A(t)(公式(18))以及对应的速度曲线的概略图。如图8所示，加速度的绝对值仅在时间t＝0及T时达到峰值加速度A_p。峰值加速度A_p满足以下公式。

【算式16】

A_{p} = \frac{6 D}{T^{2}} \leq 6 D \cdot \frac{1}{{T_{0}}^{2}} \cdot \frac{2}{3} = \frac{4 D}{{T_{0}}^{2}} = A_{\max} - - - (20)

此处，公式(20)中的不等号利用的是移动时间T满足因而，峰值加速度A_p不会超过上限加速度A_max。此处，不等号成立利用的是，图6的步骤S11中确定为否、即因而，当进行图6的位置指令值生成处理时，无论根据步骤S11的条件分支执行步骤S12～S13或步骤S14～S15的哪一方，都能够生成不超过上限加速度A_max的加速度曲线A(t)。

接下来，对通过利用由公式(16)或公式(18)确定的加速度曲线A(t)进行定位控制，从而能够降低消耗电量进行说明。如实施方式1中的说明所述，定位控制所需的电量由与电动机输出有关的电量、和与损耗有关的电量构成。如前述所示，与电动机输出有关的电量，与由峰值速度确定的动能大致相等。另外，在与损耗有关的电量中，加速时的损耗占支配地位，能够根据加速时流过的电流计算损耗电力。

首先，算出利用公式(16)的加速度曲线A(t)时的峰值速度V_p＝V_p1。如下述公式那样，通过在施加正的加速度的时间(从时间0起直至移动时间的一半T/2为止)范围内对公式(16)进行积分，而获得峰值速度V_p1。

【算式17】

\begin{matrix} V_{p 1} = {&Integral;}_{0}^{T / 2} A (t) dt \\ = A_{\max} T_{3} + {&Integral;}_{T_{3}}^{T / 2} (- \frac{2 A_{\max}}{T - 2 T_{3}} (t - T_{3}) + A_{\max}) dt \\ = \frac{A_{\max}}{2} (T - \frac{\sqrt{3}}{2} \sqrt{T^{2} - {T_{0}}^{2}}) \\ = \frac{A_{\max}}{2} T (1 - \frac{\sqrt{3}}{2} \sqrt{1 - {(\frac{T_{0}}{T})}^{2}}) \end{matrix} - - - (21)

另外，通过在加速度为正的时间(0≤t≤T/2)范围内对公式(11)的损耗电力L进行积分，而求得与损耗有关的电量。此时，如果利用加速度和电流大致具有正比关系这一点，则在利用公式(16)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的与损耗有关的电量E_L1由以下公式表示。

【算式18】

\begin{matrix} E_{L 1} = {&Integral;}_{0}^{T / 2} R \cdot I^{2} dt = {&Integral;}_{0}^{T / 2} R \cdot {\frac{J}{K_{T}} a (t)}^{2} dt \\ = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{{K_{T}}^{2}} \cdot \frac{1}{{T_{0}}^{3}} \cdot (\frac{T}{T_{0}} - \frac{2}{3} \sqrt{3 (\frac{T^{2}}{{T_{0}}^{2}} - 1)}) \end{matrix} - - - (22)

接下来，为了进行比较，对在定位控制中利用通常使用的三角形形状的速度曲线进行定位控制时的消耗电量进行计算。在利用由图3中的实线表示的速度曲线进行定位控制、且在移动时间T以移动距离D移动时的与电动机输出有关的电量和与损耗有关的电量，通过下述方式进行计算。

在实施方式1中，当图4中的加速度a＝A_min时，速度曲线变为三角形形状。由以下公式对此时的峰值速度V_p2和与损耗有关的电量E_L2进行计算。

【算式19】

V_{p 2} = \frac{T}{2} A_{\min} = \frac{T}{2} \cdot \frac{{T_{0}}^{2}}{T^{2}} A_{\max} = \frac{A_{\max}}{2} T {(\frac{T_{0}}{T})}^{2}

(23)

【算式20】

E_{L 2} = {&Integral;}_{0}^{T / 2} R \cdot I^{2} dt = {&Integral;}_{0}^{T / 2} R \cdot {\frac{J}{K_{T}} a (t)}^{2} dt = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{{K_{T}}^{2}} \cdot \frac{1}{T^{3}} = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{{K_{T}}^{2}} \cdot \frac{1}{{T_{0}}^{3}} \cdot {(\frac{T_{0}}{T})}^{3} - - - (24)

此处，如果预先设为r＝T/T₀，则能够由下述公式表示公式(21)～公式(24)。

【算式21】

V_{p 1} = \frac{A_{\max}}{2} T (1 - \frac{\sqrt{3}}{2} \sqrt{1 - \frac{1}{r^{2}}}) - - - (25)

【算式22】

E_{L 1} = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{K_{T}^{2}} \cdot \frac{1}{{T_{0}}^{3}} \cdot (r - \frac{2}{3} \sqrt{3 (r^{2} - 1)}) - - - (26)

【算式23】

V_{p 2} = \frac{A_{\max}}{2} T \frac{1}{r^{2}} - - - (27)

【算式24】

E_{L 2} = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{K_{T}^{2}} \cdot \frac{1}{{T_{0}}^{3}} \cdot r^{3} - - - (28)

为了对峰值速度V_p1以及V_p2的大小、和与损耗有关的电量E_L1以及E_L2的大小进行比较，导入与参数r＝T/T₀相关的以下函数。

【算式25】

f_{1} (r) = 1 - \frac{\sqrt{3}}{2} \sqrt{1 - \frac{1}{r^{2}}} - - - (29)

【算式26】

g_{1} (r) = r - \frac{2}{3} \sqrt{3 (r^{2} - 1)} - - - (30)

【算式27】

f_{2} (r) = \frac{1}{r^{2}} - - - (31)

【算式28】

g₂(r)＝r³

(32)

如果利用公式(29)～公式(32)，则由下述公式表示公式(25)～公式(28)。

【算式29】

V_{p 1} = \frac{A_{\max}}{2} T \cdot f_{1} (r) - - - (33)

【算式30】

E_{L 1} = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{K_{T}^{2}} \cdot \frac{1}{{T_{0}}^{3}} \cdot g_{1} (r) - - - (34)

【算式31】

V_{p 2} = \frac{A_{\max}}{2} T \cdot f_{2} (r) - - - (35)

【算式32】

E_{L 2} = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{K_{T}^{2}} \cdot \frac{1}{{T_{0}}^{3}} \cdot g_{2} (r) - - - (36)

公式(16)的加速度曲线A(t)由于在图6的步骤S11中确定为是时被使用，因此，参数r＝T/T₀在的范围内变化。图9是表示函数f₁(r)以及f₂(r)的值相对于参数r的变化的概略图。在图9中，实线表示函数f₁(r)，虚线表示函数f₂(r)。根据图9可知，在中，无论参数r的值如何，都是f₁(r)＜f₂(r)。这意味着，利用公式(16)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的峰值速度V_p1，比利用三角形形状的速度曲线进行定位控制时的峰值速度V_p2小，因此，与利用三角形形状的速度曲线进行定位控制时相比，利用公式(16)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的与电动机输出有关的电量也更小。

图10是表示函数g₁(r)以及g₂(r)的值相对于参数r的变化的概略图。在图10中，实线表示函数g₁(r)，虚线表示函数g₂(r)。根据图9可知，在中，无论参数r的值如何，都是g₁(r)＜g₂(r)。这表明，利用公式(16)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的与损耗有关的电量E_L1，比利用三角形形状的速度曲线进行定位控制时的与损耗有关的电量E_L2小。

如以上说明所述，可以说与利用三角形形状的速度曲线进行定位控制时相比，利用公式(16)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的与电动机输出有关的电量和与损耗有关的电量均更小，因此，总电量也减小。

进而，算出利用公式(18)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的峰值速度V_p3、和与此时产生的损耗有关的电量E_L3。首先，如以下公式那样，通过在施加正的加速度的时间(从时间0起直至移动时间的一半T/2为止)的范围内对公式(18)进行积分，能够获得峰值速度V_p3。

【算式33】

V_{p 3} = {&Integral;}_{0}^{T / 2} A (t) dt = \frac{1}{4} A_{p} T = \frac{3}{2} \frac{D}{T} = \frac{3}{8} A_{\max} T \cdot {(\frac{T_{0}}{T})}^{2} - - - (37)

另外，利用公式(18)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的与损耗有关的电量E_L3由以下公式表示。

【算式34】

E_{L 3} = {&Integral;}_{0}^{T / 2} R \cdot I^{2} dt = {&Integral;}_{0}^{T / 2} R \cdot {\frac{J}{K_{T}} a (t)}^{2} dt = \frac{16 R J^{2} D^{2}}{{K_{T}}^{2}} \cdot \frac{6}{16} \frac{1}{T^{3}} - - - (38)

显然，V_p3＜V_p2成立，且E_L3＜E_L2成立。这表明，与利用三角形形状的速度曲线进行定位控制时相比，利用公式(18)的加速度曲线A(t)进行定位控制时的与电动机输出有关的电量、和与损耗有关的电量均减小。

如以上说明所述，具有如下效果：根据图6的位置指令值生成处理生成位置指令值，由此使峰值加速度小于或等于上限加速度A_max，且削减定位所需的电量。另外，具有如下效果：在公式(15)～公式(18)的计算中不包含迭代计算等，仅包含代数运算，因此，能够以较小的计算负荷对位置指令值24进行运算。

实施方式3

在实施方式1、2中，通过对进行定位控制时的消耗电量进行定量的计算并示出其降低的情况，对其效果进行了说明。在本实施方式中，利用与此不同的方法对效果进行说明。包含实施方式3所涉及的电动机控制装置在内的定位系统的结构虽然与实施方式1(图1)相同，但是，由指令值生成电路7执行的位置指令值生成处理与实施方式1不同。

图11是表示本发明的实施方式3所涉及的位置指令值生成处理的流程图。在图11的流程图中，由于步骤S1～S4与实施方式1(图2)相同，因此省略说明。当步骤S4中确定为是时，进入步骤S21，在步骤S21～S22中确定加速度曲线A(t)。加速度曲线A(t)由使机械负载3以正的第1加速度加速的第1等加速度时间、使向机械负载3提供的加速度从第1加速度连续地降低至负的第2加速度的加速度降低时间、以及使机械负载3以第2加速度减速的第2等加速度时间构成。第1及第2加速度的绝对值为上限加速度A_max。加速度曲线A(t)，例如如图12那样生成。

在步骤S12中，由下述公式对第1及第2等加速度时间T₃进行计算。

【算式35】

T_{3} = \frac{T}{2} - \frac{\sqrt{T^{2} - {T_{0}}^{2}}}{2 (1 - 8 / π^{2})} - - - (39)

在步骤S22中，基于等加速度时间T₃，与在0≤t≤T的范围内变化的时间t相关地，由以下公式确定加速度曲线A(t)。

【算式36】

A (t) = \{\begin{matrix} + A_{\max} & (0 \leq t \leq T_{3}) \\ - A_{\max} \cdot \sin (\frac{π (t - T / 2)}{T - 2 T_{3}}) & (T_{3} < t \leq T - T_{3}) \\ - A_{\max} & (T - T_{3} < t \leq T) \end{matrix} - - - (40)

图12是表示在图11的步骤S22中所确定的加速度曲线A(t)以及对应的速度曲线的概略图。

加速度曲线A(t)确定为，开始机械负载3的加速以后在等加速度时间T₃的范围内维持上限加速度A_max，然后，从上限加速度A_max逐渐减小。以使机械负载3从初始位置在移动时间T移动到目标位置的方式(即，以使公式(19)成立的方式)确定公式(40)的加速度曲线A(t)，此时，获得公式(39)中的等加速度时间T₃。

此处，虽然举出公式(40)的加速度曲线A(t)为例，但是不限定于此，只要是确定为开始机械负载3的加速以后在等加速度时间T3的范围内维持上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max逐渐减小的加速度曲线，可以为任何曲线。作为其它例子，能够举出实施方式2中说明的图7的加速度曲线A(t)(公式(16))等。

图13是表示在本发明的实施方式3的变形例所涉及的位置指令值生成处理中使用的加速度曲线以及对应的速度曲线的概略图。只要加速度曲线A(t)是开始机械负载3的加速以后在规定时间的范围内维持上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max逐渐减小的形状，可以是与以上说明的形状不同的其它形状。例如，加速度降低时间中的加速度不限定于如图12那样连续地降低，可以如图13那样阶段性地降低。由以下公式表示图13的加速度曲线A(t)。

【算式37】

公式(41)的加速度曲线A(t)以使机械负载3在移动时间T从初始位置移动到目标位置的方式，即，以满足以下公式的方式确定。

【算式38】

D = 2 {\frac{1}{2} \cdot A_{\max} \cdot {T_{4}}^{2} + A_{\max} \cdot t \cdot (\frac{T}{2} - T_{4}) + \frac{1}{2} \cdot \frac{A_{\max}}{2} \cdot {(\frac{T}{2} - T_{4})}^{2}} - - - (42)

此时，利用以下公式获得等加速度时间T₄。

【算式39】

T_{4} = \frac{T}{2} - \frac{1}{2} \sqrt{2 \cdot T^{2} - \frac{8 D}{A_{\max}}} - - - (43)

当利用公式(41)的加速度曲线A(t)时，也能够降低定位动作时的消耗电量。

参照图14及图15，对通过使用开始机械负载3的加速以后在规定时间的范围内维持上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max逐渐减小的加速度曲线A(t)，从而能够降低定位控制所需的电量进行说明。图14是表示用于对本发明的实施方式3所涉及的效果进行说明的第1加速度曲线A(t)以及速度曲线的概略图。图15是表示用于对本发明的实施方式3所涉及的效果进行说明的第2加速度曲线A(t)以及速度曲线的概略图。在图14以及图15中任意一者的情况下，都设为利用同一电动机1使同一机械负载3在移动时间T的范围内移动。设为A₁＞A₂≥0，由以下公式表示图14的加速度曲线A(t)。

【算式40】

在图14的加速度曲线A(t)中，在速度小时产生大的加速度，在速度大时产生小的加速度。因此，在加速度为正的时间(0≤t≤T/2)中的前半部分(0≤t＜T/4)产生大的加速度A₁，在其后半部分(T/4＜t＜T/2)产生小的加速度A₂。在加速度为负的时间(T/2＜t≤T)中，在其前半部分(T/2＜t≤(3/4)T)产生小的加速度A₂，在其后半部分((3/4)T＜t≤T)产生大的加速度A₁。

另外，设为由以下公式表示图15的加速度曲线A(t)。

【算式41】

在图15的加速度曲线A(t)中，在速度小时产生小的加速度，在速度大时产生大的加速度。因此，在加速度为正的时间(0≤t≤T/2)中的前半部分(0≤t＜T/4)产生小的加速度A₂，在其后半部分(T/4＜t＜T/2)产生大的加速度A₁。在加速度为负的时间(T/2＜t≤T)中，在其前半部分(T/2＜t≤(3/4)T)产生大的加速度A₁，在其后半部分((3/4)T＜t≤T)产生小的加速度A₂。

如实施方式1中说明所述，在与损耗有关的电量中，加速动作时的损耗占支配地位。如前述所示，由于电流和加速度成正比关系，因此，与利用图14及图15的加速度曲线A(t)进行定位控制时所产生的损耗有关的电量，均利用机械负载3以及电动机1的惯量的合计值J和电动机1的扭矩常数K_T并由以下公式表示。

【算式42】

{&Integral;}_{0}^{T / 2} R \cdot I^{2} dt = {&Integral;}_{0}^{T / 4} R \cdot I^{2} dt + {&Integral;}_{T / 4}^{T / 2} R \cdot I^{2} dt = R {(\frac{J}{K_{T}})}^{2} ({A_{1}}^{2} + {A_{2}}^{2}) \frac{T}{4} - - - (46)

即，当利用图14及图15的加速度曲线A(t)进行定位控制时，分别产生相同的电量的损耗。

接下来，考虑在利用图14及图15的加速度曲线A(t)进行定位控制时能够移动的距离。无论在使用图14及图15的加速度曲线A(t)中的哪一个时，在加速度为正的时间的最后(t＝T/2)，峰值速度V_p都变为V_p＝(A₁+A₂)·T/4。另外，根据各个加速度曲线A(t)进行移动的移动距离，与由速度曲线的轮廓和时间轴包围的面积相当，因此，根据图14及图15可知，当使用图14的加速度曲线A(t)时，能够移动更大的距离。这是因为在速度小时产生大的加速度而引起的。由此，表明：当与损耗有关的电量相同时，为了移动更大的移动距离，使用如图14所示那样的在速度小时产生大的加速度、在速度大时产生小的加速度的加速度曲线A(t)更为有利。从移动相同的移动距离的观点来看，表明：图14的加速度曲线A(t)在减少与损耗有关的电量的方面更为有利。

另外，在为了移动相同的移动距离，而在速度小时产生大的加速度、且在速度大时产生小的加速度的情况下，具有减小峰值速度的效果。如前述所示，在图14及图15的例子中，在加速度A₁及A₂的值相同、且移动时间T相同的情况下，当使用图14的加速度曲线A(t)时，移动距离增大。当分别使用图14及图15的加速度曲线A(t)时，为了在相同的移动时间T移动相同的移动距离D，需要使图14的加速度曲线A(t)中的加速度(图14中的加速度A₁及A₂)小于图15的加速度曲线A(t)中的加速度(图15中的加速度A₁及A₂)。通过减小图14的加速度曲线A(t)中的加速度，图14中的峰值速度变得小于图15中的峰值速度。由此，能够减小定位控制时的动能。如实施方式1中说明所述，具有如下效果：由于能够将动能视作与电动机输出有关的电量，因此，能够降低与电动机输出有关的电量。

在图14及图15的例子中，利用将移动时间T分割为4个区间，且加速度在各区间内为恒定值的速度曲线进行了说明，但是，即使分割为更多的区间，同样的理论也成立。即，与加速度逐渐增大的加速度曲线相比，对于在刚开始加速以后采用大的加速度、且在此后逐渐减小加速度的加速度曲线，能够在加速度为正的时间刚开始以后取得尽量大的速度，因此，使进行定位控制时的损耗减小，使速度曲线的峰值速度降低。

在加速度存在上限加速度的限制的情况下，通过使用在刚开始加速以后的一段时间内产生上限加速度，然后产生从上限加速度起逐渐减小的加速度的加速度曲线进行定位控制，从而能够一边使加速度小于或等于上限加速度，一边减小定位控制时产生的损耗，且能够使峰值速度降低。即，能够生成一边使加速度小于或等于上限加速度，一边降低定位控制所需的电量的加速度曲线。另外，例如，由利用公式(39)以及公式(40)、或者利用公式(41)以及公式(43)表示的第1等加速度时间、加速度降低时间、以及第2等加速度时间构成的加速度曲线A(t)，在计算中不包含迭代计算等，仅包含代数运算，因此，具有能够以较小的计算负荷对位置指令值24进行运算的效果。

实施方式4

在实施方式1～3中，对加速度曲线的形状在加速时和减速时对称的情况(因此，速度曲线的形状也在加速时和减速时对称的情况)进行了叙述，但是，本发明的实施方式不限定于此，加速度曲线的形状可以在加速时和减速时不对称。在本实施方式4中，对使用这种加速度曲线的情况进行说明。

图16是表示在本发明的实施方式4所涉及的位置指令值生成处理中使用的加速度曲线以及对应的速度曲线的概略图。利用以下公式表示图16的加速度曲线A(t)。

【算式43】

A (t) = \{\begin{matrix} + A_{\max} & 0 \leq t \leq T_{3} \\ - \frac{A_{\max}}{T / 2 - T_{3}} (t - T / 2) & T_{3} < t \leq T / 2 \\ - \frac{A_{3}}{T_{5}} (t - T / 2) & T / 2 < t \leq T / 2 + T_{5} \\ - A_{3} & T / 2 + T_{5} < t \leq T - T_{5} \\ \frac{A_{3}}{T_{5}} (t - T) & T - T_{5} < t \leq T \end{matrix} - - - (47)

公式(47)的加速度曲线A(t)也确定为，使机械负载3在移动时间T从初始位置移动到目标位置，且在开始机械负载3的加速以后在规定时间T₃的范围内维持上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max起逐渐减小。特别是公式(47)的加速度曲线A(t)，在加速时和减速时具有不同的形状。

设为公式(47)中的时间T₃由公式(15)算出。

另外，公式(47)中的加速度A₃以及时间T₅以如下方式确定。

为了在定位控制时不引起冲击、振动，需要使速度连续地变化。为此，需要使对加速度曲线在加速度为正的加速时间的范围内进行积分的值，与对加速度曲线在加速度为负的减速时间的范围内进行积分的值的绝对值相等。在公式(47)的例子中，考虑加速时间以及减速时间彼此相等的情况，因此，加速时间设为0≤t≤T2，减速时间设为T2＜t≤T。即，对于公式(47)，需要使以下公式成立。

【算式44】

{&Integral;}_{0}^{T / 2} A (t) dt = | {&Integral;}_{T / 2}^{T} A (t) dt | - - - (48)

对加速度曲线在加速时间的范围内进行积分的值为峰值速度V_p。由于公式(47)的加速度曲线的与加速时间对应的部分，与实施方式2的公式(16)相同，因此，如果对公式(48)的左侧进行计算，则与公式(21)相同地，能够由以下公式表示。

【算式45】

{&Integral;}_{0}^{T / 2} A (t) dt = V_{p} = \frac{A_{\max}}{2} T (1 - \frac{\sqrt{3}}{2} \sqrt{1 - {(\frac{T_{0}}{T})}^{2}}) - - - (49)

另外，如果对公式(48)的右侧进行计算，则能够由以下公式表示。

【算式46】

| {&Integral;}_{T / 2}^{T} A (t) dt | = A_{3} (\frac{T}{2} - T_{5}) - - - (50)

因而，为了使公式(48)成立，需要以满足以下公式的方式选择加速度A₃以及时间T₅。

【算式47】

A_{\max} (\frac{T}{2} - \frac{\sqrt{3 (T^{2} - {T_{0}}^{2})}}{4}) = A_{3} (\frac{T}{2} - T_{5}) - - - (51)

此外，在前述的实施方式1～3中说明的加速度曲线，由于加速时和减速时的形状对称，因此，速度也自动地变得连续。

使用公式(47)的加速度曲线，使机械负载3在移动时间T以移动距离D移动。此处，如前述所示，由于公式(47)的加速度曲线的与加速时间对应的部分，与在实施方式2中说明的相同，因此，在加速时间中移动的距离为D/2。因而，当使用公式(47)的加速度曲线时，为了使在加速时间以及减速时间中移动的距离的合计值为移动距离D，需要使在减速时间中移动的距离为D/2。当使用公式(47)的加速度曲线时，在减速时间中移动的距离利用加速度A₃以及时间T₅而由以下公式表示。

【算式48】

\frac{A_{3}}{8} T^{2} (1 - \frac{2 T_{5}}{T}) - - - (52)

因此，为了使用公式(47)的加速度曲线而使机械负载3在移动时间T以移动距离D移动，需要以满足以下公式的方式确定加速度A₃以及时间T₅。

【算式49】

\frac{A_{3}}{8} T^{2} (1 - \frac{2 T_{5}}{T}) = \frac{D}{2} - - - (53)

通过对以A₃以及T₅为未知数的公式(48)以及公式(53)的联立方程进行求解，从而算出加速度A₃以及时间T₅。利用该加速度A₃以及时间T₅确定公式(47)的加速度曲线，接下来，根据加速度曲线A(t)确定速度曲线，根据速度曲线生成位置指令值24。

接下来，对本实施方式的效果进行说明。

如在实施方式3中所述那样，进行定位控制时的消耗电量，通过与电动机输出有关的电量和与损耗有关的电量的合计而进行计算，另外，无论在与电动机输出有关的电量和与损耗有关的电量的哪一个中，在加速动作时使用的电量都占支配地位。如公式(47)的加速度曲线那样，将加速度曲线确定为，从开始机械负载3的加速起在规定时间T₃的范围内维持上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max起逐渐减小，由此能够减小加速动作时所需的电量。

另外，以使机械负载3在移动时间T以移动距离D移动，且使速度曲线在移动时间T的范围内连续的方式，算出与加速度曲线相关的参数(加速度A₃以及时间T₅)，因此，通过使用该加速度曲线进行定位控制，从而具有如下效果：能够进行期望的定位控制，并且在进行定位控制时不产生冲击、振动，且能够削减定位所需的电量。

此外，在本实施方式中，对加速时间(加速度为正的时间)和减速时间(加速度为负的时间)相等的例子进行了说明，但是，即使加速时间和减速时间不同，只要将加速度曲线确定为，从开始机械负载3的加速起在规定时间的范围内维持上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max起逐渐减小，就具有与上述实施方式同样的效果，即，能够一边进行期望的定位控制，一边削减动作时的消耗电量。进而，在图16的例子中，对使用从开始机械负载3的加速起在规定时间的范围内维持上限加速度A_max，然后从上限加速度A_max起连续地减小的加速度曲线的情况进行了说明，但是，可以取代连续地减小的加速度曲线，使用加速度阶段性地减小的加速度曲线。

工业实用性

根据本发明，关于生成在定位控制中所使用的位置指令值(或者是对应的加速度曲线以及速度曲线)的技术，考虑上限加速度的限制，生成能够减少运算量、减小定位控制时的消耗电量的位置指令值。

根据本发明，与现有的电动机控制装置相比，能够将消耗电量削减14％～25％、接近于数值最优解，且能够提供近似解，该近似解能够实现通过数值最优解难以实现的实时且在线的安装。

标号的说明

1电动机、2编码器、3机械负载、4电动机驱动电路、5电源、6再生电阻、7指令值生成电路。

Claims

1.一种电动机控制装置，其以使与电动机连接的机械负载从第1位置移动到第2位置的方式，对所述电动机进行控制，

所述电动机控制装置的特征在于，具备：

所述指令值生成电路，

根据所述速度曲线生成所述位置指令值。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

当被提供比基于从所述第1位置到所述第2位置为止的移动距离D、和所述上限加速度A_max而计算出的最短移动时间T₀长的规定的移动时间T时，所述指令值生成电路将所述加速度曲线A(t)确定为，使所述机械负载在所述移动时间T从所述第1位置移动到所述第2位置，且使所述速度曲线在所述移动时间T的范围内连续。

3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述最短移动时间T₀为

T_{0} = 2 \times \sqrt{} (D / A_{\max}) .

4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述加速度曲线A(t)由以下部分构成：

第1等加速度时间，在该时间内，使所述机械负载以正的第1加速度进行加速；

加速度降低时间，在该时间内，使向所述机械负载提供的加速度从所述第1加速度降低至负的第2加速度；以及

第2等加速度时间，在该时间内，使所述机械负载以所述第2加速度进行减速，

所述第1加速度为所述上限加速度A_max。

5.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，

当所述移动时间T满足时，在所述加速度曲线A(t)中，

所述第2加速度的绝对值为所述上限加速度A_max，

在所述加速度降低时间中，使向所述机械负载提供的加速度作为时间的一次函数连续地从A_max降低至﹣A_max。

6.根据权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第1及第2等加速度时间的长度T₃通过

【算式1】

T_{3} = \frac{T}{2} - \frac{\sqrt{3 (T^{2} - {T_{0}}^{2})}}{2}

而获得，

所述加速度曲线A(t)与在0≤t≤T的范围内变化的时间t相关地，通过

【算式2】

A (t) = \{\begin{matrix} + A_{\max} & (0 \leq t \leq T_{3}) \\ - \frac{2 A_{\max}}{T - 2 T_{3}} (t - T_{3}) + A_{\max} & (T_{3} < t \leq T - T_{3}) \\ - A_{\max} & (T - T_{3} < t \leq T) \end{matrix}

而获得。

7.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第2加速度的绝对值为所述上限加速度A_max，

在所述加速度降低时间中，使向所述机械负载提供的加速度连续地从A_max降低至﹣A_max。

8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第1及第2等加速度时间的长度T₃通过

【算式3】

T_{3} = \frac{T}{2} - \frac{\sqrt{T^{2} - {T_{0}}^{2}}}{2 (1 - 8 / π^{2})}

而获得，

【算式4】

A (t) = \{\begin{matrix} + A_{\max} & (0 \leq t \leq T_{3}) \\ - A_{\max} \cdot \sin (\frac{π (t - T / 2)}{T - 2 T_{3}}) & (T_{3} < t \leq T - T_{3}) \\ - A_{\max} & (T - T_{3} < t \leq T) \end{matrix}

而获得。

9.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第2加速度的绝对值为所述上限加速度A_max，

在所述加速度降低时间中，使向所述机械负载提供的加速度阶段性地从A_max降低至﹣A_max。

10.一种电动机控制装置，其以使与电动机连接的机械负载从第1位置移动到第2位置的方式，对所述电动机进行控制，

所述电动机控制装置的特征在于，具备：

所述指令值生成电路当被提供比基于从所述第1位置到所述第2位置为止的移动距离D和规定的上限加速度A_max的、最短移动时间的倍长的规定的移动时间T时，

确定出比所述上限加速度A_max小的规定的峰值加速度A_p，

将对所述机械负载随时间的加速度变化进行表示的加速度曲线A(t)确定为，使所述机械负载在所述第1位置从停止的状态以所述峰值加速度A_p开始加速，作为时间的一次函数使向所述机械负载提供的加速度从A_p连续地降低至﹣A_p，最终以所述峰值加速度A_p减速并在所述第2位置停止，并且，使所述机械负载在所述移动时间T从所述第1位置移动到所述第2位置，

根据所述速度曲线生成所述位置指令值。

11.根据权利要求10所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述峰值加速度A_p通过A_p＝6D/T²获得，

【算式5】

A (t) = - \frac{2 A_{p}}{T} (t - \frac{T}{2})

而获得。

12.一种电动机控制装置，其以使与电动机连接的机械负载从第1位置移动到第2位置的方式，对所述电动机进行控制，

所述电动机控制装置的特征在于，具备：

所述指令值生成电路当被提供比基于从所述第1位置到所述第2位置的移动距离D、和规定的上限加速度A_max而计算的最短移动时间T₀长的规定的移动时间T时，

将对所述机械负载随时间的加速度变化进行表示的加速度曲线A(t)确定为，使所述机械负载在所述第1位置从停止的状态加速到峰值速度V_p，从所述峰值速度V_p减速并在所述第2位置停止，并且，使所述机械负载进行加速及减速时的加速度的绝对值小于或等于所述上限加速度A_max，并且，使所述机械负载在所述移动时间T从所述第1位置移动到所述第2位置，

根据所述速度曲线生成所述位置指令值，

所述加速度曲线A(t)由以下部分构成：

加速时间，在该时间内，使所述机械负载在所述第1位置从停止的状态，以正的第1加速度加速到所述峰值速度V_p；

匀速时间，在该时间内，使所述机械负载以所述峰值速度V_p移动；以及

减速时间，在该时间内，使所述机械负载从所述峰值速度V_p以负的第2加速度减速并在所述第2位置停止，

所述第1加速度为所述上限加速度A_max。

13.根据权利要求12所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述最短移动时间T₀为

T_{0} = 2 \times \sqrt{} (D / A_{\max}) .

14.根据权利要求13所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第2加速度的绝对值为所述上限加速度A_max。

15.根据权利要求14所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述加速时间及所述减速时间的长度T₁通过

【算式6】

T_{1} = \frac{1}{2} (T - \sqrt{T^{2} - 4 \frac{D}{A_{\max}}})

而获得，

所述匀速时间的长度T₂通过

【算式7】

T_{2} = \sqrt{T^{2} - 4 \frac{D}{A_{\max}}}

而获得，

所述峰值速度V_p通过V_p＝A_max·T₁而获得。

16.根据权利要求2至15中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述指令值生成电路还

基于所述移动距离D以及所述上限加速度A_max，计算所述最短移动时间T₀，

确定比所述最短移动时间T₀长的规定长度的所述移动时间T。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

具备电阻，该电阻在所述电动机处于再生状态时消耗再生电力。